Mở máy và điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ 3 pha

BÀI 4: MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ

4.5. Mở máy và điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ

4.5.1. Mở máy và điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ 3 pha

a. Mở máy trực tiếp

Khi mở máy đóng cầu dao CD để nối dây quấn stato trực tiếp với lưới điện, động cơ sẽ tăng tốc đến tốc độ ổn định. Mômen mở máy lớn, thiết bị rẻ, thực hiện đơn giản. Nhược điểm của phương pháp này là dòng điện mở máy lớn làm sụt áp lưới và thời gian mở dài nếu quán tính (J) của động cơ lớn. Vì thế phương pháp này thường dùng khi công suất động cơ nhỏ hơn nhiều lần so với công suất lưới điện.

b. Mở máy giảm điện áp

Phương pháp mở máy giảm diện áp có ưu điểm là giảm được dòng điện mở máy nhưng nhược điểm là khi giảm điện áp mở máy thì mômen mở máy cũng bị giảm nhiều.

Vì vậy nó được sử dụng khi không yêu cầu mômen mở máy lớn.

Để giảm điện áp đặt vào động cơ khi mở máy ta có thể thực hiện theo các cách sau:

mắc cuộn kháng nối tiếp vào mạch stato, dùng

máy biến áp tự ngẫu, đổi nối Y-. Hình 4.18. Sơ đồ nguyên lý mở máy trực tiếp

* Phương pháp mắc cuộn kháng nối tiếp vào mạch stato

Sơ đồ nối dây mạch điện mở máy giảm áp dùng mắc cuộn kháng mắc nối tiếp vào mạch stato như hình 4.19.

Khi mở máy các cầu dao CD2 ngắt, CD1 đóng dây quấn stato được nối vào lưới điện thông qua cuộn kháng CK . Lúc này do có điện áp rơi trên cuộn kháng mà điện áp đặt vào động cơ giảm xuống. Khi động cơ quay gần đến tốc độ định mức thì ngắn mạch cuộn kháng CK bằng cách đóng cầu dao CD2. Lúc này dây quấn stato được nối trực tiếp với lưới nên điện áp đặt vào động cơ là định mức.

Nếu điện áp đặt trực tiếp vào động cơ được giảm đi k lần (k <1) thì dòng điện cũng giảm đi k lần nhưng mômen giảm đi k2 lần so với phương pháp mở máy trực tiếp.

* Phương pháp dùng máy biến áp tự ngẫu

Sơ đồ mạch điện mở máy giảm điện áp dùng biến áp tự ngẫu như hình 4.20.

Trước khi mở máy ngắt cầu dao CD2, đóng cầu dao CD3, máy biến áp tự ngẫu BAT để ở vị trí để điện áp đặt vào động cơ khoảng (0,60,8)Uđm. Sau đó, muốn mở máy đóng cầu dao CD1 để động cơ được cấp điện từ máy biến áp tự ngẫu. Khi động cơ quay đến tốc độ gần định mức ngắt cầu dao CD3 , đóng cầu dao CD2, lúc này dây quấn stato nối trực tiếp với lưới nên điện áp đặt vào động cơ là định mức.

Gọi k (k>1) là hệ số biến áp của máy biến áp tự ngẫu thì điện áp đặt vào động cơ sẽ giảm k lần còn dòng điện sơ cấp của biến áp tự ngẫu sẽ giảm k2 lần và mômen cũng giảm k2 lần. Phương pháp này ưu điểm hơn vì dòng điện khởi động giảm được nhiều hơn so với phương pháp dùng cuộn kháng nên được dùng với động cơ công suất lớn.

Hình 4.19. Mở máy dùng cuộn kháng Hình 4.20. Mở máy dùng biến áp tự ngẫu

* Phương pháp đổi nối Y/

Sơ đồ mạch điện mở máy giảm điện áp dùng phương pháp đổi nối Y/ như hình 4.21.

Phương pháp mở máy này chỉ dùng được để mở máy cho những động cơ khi làm việc bình thường dây quấn stato đấu tam giác.

Khi mở máy đóng cầu dao CD2 về phía trái và đóng cầu dao CD1, lúc đó dây quấn stato được nối sao (Y) nên điện áp đặt vào mỗi pha của động cơ giảm đi 3 lần.

Khi động cơ quay với tốc độ định mức đóng cầu dao CD2 về phía phải, lúc đó dây quấn stato được nối tam giác () nên điện áp đặt vào động cơ là định mức.

Phương pháp mở máy này sẽ giảm dòng điện và mômen mở máy đi 3 lần.

c. Mở máy thêm điện trở phụ vào mạch rôto

Phương pháp mở máy thêm điện trở phụ vào mạch rôto có ưu điểm là tăng được mômen và giảm được dòng điện khi mở máy. Nhưng phương pháp này lại có

nhược điểm là không dùng được đối mới động cơ rôto lồng sóc và có tổn hao đồng trên điện trở phụ nên hiệu suất của động cơ giảm xuống.

Phương pháp này dùng mở máy động cơ rôto dây quấn trong trường hợp mở máy khó khăn, cần mômen mở máy lớn.

Sơ đồ mạch điện mở máy thêm hai cấp điện trở phụ vào mạch rôto của động cơ rôto dâyquấn như hình 4.22.

Khi bắt đầu mở máy điện trở trong mạch rôto là lớn nhất (các tiếp điểm của công tắc tơ K1 và K2 mở).Thông thường giá trị điện trở được chọn sao cho lúc khởi động thì mômen đạt cực đại. Trong quá trình mở máy giảm dần điện trở phụ đến 0 bằng cách loại dần các cấp điện trở phụ ra khỏi mạch rôto (tiếp điểm công tắc tơ K2

đóng sau đó đến tiếp điểm công tắc tơ K1 đóng).

Tuỳ theo yêu cầu lúc mở máy mà có thể nối thêm một hoặc nhiều cấp điện trở phụ có trị số phù hợp vào mạch dây quấn rôto.

Hình 4.21. Mở máy đổi nối Y/

Hình 4.22. Mở máy thêm điện trở phụ vào mạch rôto

2. Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ 3 pha a. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi số đôi cực

Nói chung động cơ điện KĐB trong điều kiện làm việc bình thường có hệ số trượt nhỏ, do đó tốc độ của động cơ điện gần bằng tốc độ đồng bộ, nếu f1 không đổi thì tốc độ đồng bộ của động cơ tỉ lệ nghịch với p (số đôi cực), do đó khi thay đổi số đôi cực của dây quấn stato thì tốc độ động cơ thay đổi.

Tùy theo cách đấu Y hay  và cách đấu dây quấn pha song song hay nối tiếp mà người ta chế tạo động cơ điện hai cấp tốc độ thành loại có mômen không đổi

Đặc tính cơ của động cơ M = f(n) ứng với cách nối dây Y/YY và /YY được biểu diễn trên hình 4.25 và 4.26.

Phương pháp này mặc dù điều chỉnh tốc độ nhảy cấp nhưng có ưu điểm là giữ nguyên độ cứng của đặc tính cơ nên được sử dụng nhiều trong các máy luyện kim, máy tàu thủy...

Hình 4.23. Sơ đồ đấu dây khi đổi tốc độ theo tỉ lệ 2:1 có mômen không đổi

(Y/YY)

Hình 4.24. Sơ đồ đấu dây khi đổi tốc độ theo tỉ lệ 2:1 có công suất

không đổi (/YY)

n

YY

Y

M 0

nY

nYY

Hình 4.25. Đặc tính cơ của động cơ điện hai tốc độ Y/ YY

 YY

0 M

n nYY

n

Hình 4.26. Đặc tính cơ của động cơ điện hai tốc độ đấu /YY b. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi tần số

Để giữ cho từ trường của máy không đổi thì ta đồng thời phải điều chỉnh cả tần số và điện áp

Trong thực tế thường yêu cầu mômen không đổi ta có:

1 ' 1 1 ' 1

f f U

U  hay const

f U

1

1  (4.10)

Khi yêu cầu điều chỉnh tốc độ đảm bảo công suất cơ Pcơ không đổi, nghĩa là M tỉ lệ nghịch với f1(như trong đầu máy điện), thì ta có:

1 ' 1 1 ' 1

f f U

U  (4.11)



0 Mc Mth M

f13

f1.®m

f11

f12

Hình 4. 27. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi tần số với M = const



0 M

Mc f1.®m

f11 f12

Hình 4.28. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi tần số với M tỉ lệ nghịch với f1

c. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp

Nếu giảm điện áp đặt vào động cơ xuống còn x lần (x < 1) điện áp định mức, tức là U1 = xUđm thì mômen động cơ M giảm x2 lần: M = x2Mđm. Nếu động cơ làm việc với mômen cản Mc = const thì tốc độ động cơ n giảm xuống, hệ số trượt s tăng từ sa đến sb rồi sc.

U1 giảm x lần, sức điện động E1

và từ thông  giảm x lần và I2 tăng lên x

1 lần. Tốc độ động cơ ở điện áp U1 = xUđm sẽ là:



 

 

 



 s

x 1 1 n ) s 1 ( n

n 1 2 (4.12)

Hình 4.29. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp

Ngày nay với sự phát triển của điện tử công suất người ta thay đổi điện áp nhờ các bộ điều áp dùng thyistor hoặc triac. Nhược điểm của phương pháp này là giảm khả năng quá tải của động cơ, dải điều chỉnh tốc độ hẹp và tăng tổn hao trên dây quấn roto.

n

0

d. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thêm điện trở phụ vào mạch rôto

Phương pháp này chỉ có thể dùng đối với động cơ điện rôto dây quấn. Thông qua vành trượt có thể nối một biến trở ba pha vào dây quấn rôto.

Nếu mômen tải không đổi (Mc = const), điện trở phụmạch rôto càng lớn thì hệ số trượt ở điểm làm việc càng lớn (từ a đến b rồi c), nghĩa là tốc độ động cơ càng giảm. Như vậy, ta thấy rằng đưa điện trở phụ Rf vào rôto có thể điều chỉnh được tốc độ động cơ trong giải n < nđm trong một giới hạn đủ rộng.

Hình 4.30. Điều chỉnh tốc độ động cơ rôto dây quấn dùng điện trở phụ

Đặc tính cơ của động cơ khi điều chỉnh tốc độ bằng cách thêm điện trở phụ vào mạch rôto như hình 4.30.

Vì mômen tỉ lệ với công suất điện từ Pđt, nên ta có:

s r r s

r2 2 f



  (4.13)

Trong đó: rf là điện trở phụ; s' là hệ số trượt của động cơ khi thêm điện trở phụ rf

vào mạch rôto.

Do công suất điện từ Pđt không đổi, I2 cũng không đổi nên một bộ phận công suất cơ đã biến thành tổn hao đồng. Vì lúc đó công suất đưa vào không đổi nên hiệu suất đã giảm. Đó là nhược điểm của phương pháp này. Mặt khác tốc độ điều chỉnh được nhiều hay ít còn tùy theo tải lớn hay nhỏ, do đó khi không tải không thể dùng phương pháp này để điều chỉnh tốc độ được.

3. Lắp ráp mạch điện mở máy động cơ KĐB 3 pha dùng khởi động từ đơn a. Sơ đồ nguyên lý hoạt động

Các thiết bị trong mạch điện:

- Aptômat 3 pha (AP1), 1 pha (AP2) - Côngtăctơ: K

b a c d

- Rơle nhiệt: RN

- Nút bấm mở máy: M, nút bấm dừng máy: D

- Động cơ xoay chiều không đồng bộ 3 pha rôto lồng sóc: M

RN

N

1 L1

AP2 M RN

K

D K

3 5

~ 220 V 0

L3 L1 L2 N

AP1

M

A1

A B C B1

A2 B2 C2

~3fa/380V - 50Hz

K 2

C1

Hình 4.31. Sơ đồ mạch động lực và điều khiển Nguyên lý hoạt động:

- Mở máy: Đóng Aptômat AP1, AP cấp nguồn cho mạch động lực và mạch điều khiển.

Bấm nút bấm M, Côngtăctơ K có điện tác động, đóng tiếp điểm mạch điều khiển K(3- 5) để duy trì dòng điện cho cuộn dây. Đồng thời các tiếp điểm thường mở của Côngtăctơ K(A1-A2, B1-B2,C1-C2) ở mạch động lực đóng lại, cấp nguồn cho động cơ M làm việc.

- Dừng máy: Để dừng máy bấm nút dừng D, Côngtăctơ K mất điện, mở các tiếp điểm Côngtăctơ K ở mạch động lực ngắt nguồn cấp cho động cơ M, động cơ M dừng.

Ngắt Aptômat AP1, AP2 ngắt nguồn cấp cho mạch động lực và điều khiển Các khâu liên động và bảo vệ:

- Bảo vệ ngắn mạch cho mạch động lực và mạch điều khiển bằng AP1, AP2.

- Bảo vệ quá tải cho động cơ M bằng rơle nhiệt RN, khi xảy ra quá tải rơle nhiệt RN tác động, tiếp điểm RN(2-N) ở mạch điều khiển mở ra ngắt nguồn cấp cho Côngtăctơ K, mở các tiếp điểm ở mạch động lực của Côngtăctơ K ngắt nguồn cấp cho động cơ M, động cơ dừng.

Hình 4.32. Sơ đồ đi dây mạch khởi động động cơ 3 pha

Hình 4.33. Sơ đồ lắp ráp mạch khởi động động cơ 3 pha

c. Thực hành

i) Chuẩn bị dụng cụ, vật tư, thiết bị (cho một bàn thực tập/01 SV)

Bảng 4.8. Bảng kê thiết bị, dụng cụ, vật tư thực hành lắp ráp mạch KĐ ĐC 3 pha TT Tên thiết bị Mô tả kỹ thuật S.lượng Đơn vị Ghi chú

A Thiết bị, dụng cụ

1 Aptomat 3 pha (AP1) LS-3P-30A-380V 01 Cái Aptomat 1 pha (AP2) 2P-20A-220V

2 Congtắctơ: K1 380V, 32A, 3P 01 Cái

3 Rơle nhiệt: RN GTH-22 01 Cái

4 Nút bấm mở máy: MT 10A-250V 01 Cái 1NO+1NC

5 Nút bấm dừng máy: D 10A-250V 01 Cái 1NO+1NC

6 Động cơ KĐB 3 pha rôto lồng sóc

3 pha 380V đấu Y 1,5kW

01 Cái

7 Kìm bấm đầu cốt 0,5-5,5mm2 01 Cái

8 Tô vít các loại 200-300mm 01 Cái

9 Đầu cốt 2-3 50 Cái

10 Đồng hồ vạn năng Sunwa YX-960TR 01 Cái

B Vật tư

1 Băng cách điện NANO 20Y 01 Cuộn

2 Dây súp đơn 1x1mm2 20 m

3 Dây súp đơn 1x2mm2 10 m

4 Board thực hành

Trước khi vào thực tập yêu cầu kiểm tra thiết bị, dụng cụ, vật tư:

- Kiểm tra tình trạng thiết bị: Đồng hồ vạn năng, Board nguồn làm việc bình thường, mỏ hàn nóng đủ nhiệt độ hàn.

- Kiểm tra dụng cụ: Đầy đủ, đúng yêu cầu kỹ thuật.

- Kiểm tra vật tư: Vật tư đủ, đúng chủng loại yêu cầu.

- Kiểm tra vị trí thực tập: Đảm bảo các thiết bị, dụng cụ đặt gọn gàng, đúng vị trí, dễ thao tác, an toàn, vệ sinh công nghiệp.

ii) Trình tự kiểm tra, bảo dưỡng

Bảng 4.9. Trình tự lắp ráp mạch khởi động động cơ 3 pha dùng KĐT đơn TT Thao tác thực hành Yêu cầu kỹ thuật Dụng cụ thiết

bị 1 Chuẩn bị thiết bị, dụng cụ, vật tư

- Nhận từ tủ đồ theo hướng dẫn

- Đúng chủng loại - Đủ số lượng

tập

2 Gá lắp bộ trí thiết bị

Lắp thiết bị trên bo đúng vị trí bằng vít

Thiết bị chắc chắn Tôvit

3 Lắp mạch điều khiển

Gia công đầu cốt, bắt vào thiết bị theo đúng sơ đồ nguyên lý và lắp ráp

Đi dây theo máng nhựa, tránh chồng chéo.

Bộ dụng cụ điện

4 Thử mạch điều khiển:

Cấp nguồn điều khiển và tác động đóng, mở máy bằng các nút điều khiển

Mạch tác động theo đúng yêu cầu điều khiển

Bộ dụng cụ điện

5 Lắp mạch động lực:

Gia công đầu cốt lắp dây động lực. Đấu dây vào động cơ

Dây động lực phải đúng chủng loại, đi dây theo máng nhựa tránh chồng chéo

Bộ dụng cụ điện

6 Vận hành động cơ:

Kiểm tra đủ nguồn điện 3 pha, đóng nguồn và khởi động máy

Động cơ quay, chạy êm theo đúng yêu cầu điều khiển

Tay

iii) Các dạng sai hỏng và biện pháp khắc phục

Bảng 4.10. Các dạng sai hỏng khi lắp ráp mạch khởi động động cơ 3 pha TT Hiện tượng Nguyên nhân dự đoán Kiểm tra, sửa

chữa

Kết quả đạt được 1 Khi đóng cấp nguồn

mạch điều khiển không làm việc

Chưa có nguồn tới cuộn hút công tắc tơ K

Kiểm tra lại dây cấp nguồn cho mạch điều khiển 2 Khi tác động mở

máy động cơ quay, bỏ ra thì dừng

Mất duy trì Kiểm tra tiếp điểm duy trì của công tắc tơ, hoặc dây nối tới nó.

3 Công tắc tơ làm việc nhưng động cơ quay chậm

Thiếu một pha nguồn cấp cho động cơ

Kiểm tra tiếp điểm động lực của công tắc tơ, hoặc dây dẫn đấu tới động cơ, kiểm tra nguồn cung cấp 3 pha.

iv) Luyện tập

Quá trình luyện tập và củng cố kiến thức theo phiếu luyện tập

Tên kỹ năng: Lắp ráp mạch điện mở máy động cơ KĐB 3 pha dùng khởi động từ đơn Họ và tên sinh viên:………... MSSV:...

Lớp………... Ngày...…tháng...…năm...

Giáo viên hướng dẫn...Ca thực tập...

TT Các bước công việc Yêu cầu

Sự thực hiện Đúng

K.thuật

An toàn

Thời gian

(1) (2) (3) (4) (5) (6)

1 Chuẩn bị thiết bị, dụng cụ, vật tư

- Đúng chủng loại - Đủ số lượng

- Thao tác nhẹ nhàng, cẩn thận

2 Gá lắp bộ trí thiết bị Thiết bị chắc chắn

3 Lắp mạch điều khiển Đi dây theo máng nhựa, tránh chồng chéo.

4 Thử mạch điều khiển Mạch tác động theo đúng yêu cầu điều khiển

5 Lắp mạch động lực Dây động lực phải đúng chủng loại, đi dây theo máng nhựa tránh chồng chéo

6 Vận hành động cơ Động cơ quay, chạy êm theo đúng yêu cầu điều khiển

v) Kiểm tra đánh giá

Kiểm tra đánh giá kết quả thực hành theo phiếu đánh giá ở phụ lục 10.